Titanyum - nikel alaşımlı tel sentetik bir malzeme
Tıbbi cihazlar, havacılık ve akıllı ekipman gibi - kenar alanlarının kesilmesinde, "Titanyum - nikel alaşım teli" adlı bir malzeme, endüstri manzarasını sessizce dönüştürüyor. Büküldükten sonra orijinal şekline geri dönebilir, aşırı ortamlarda sabit kalabilir ve hatta insan vücuduna kalıcı bir tıbbi cihaz olarak implante edilebilir. Bu Sci - fi materyali doğal olarak oluşan bir "metal ruh" mu yoksa insan yaratıcılığının bir ürünü mü? Cevap, - Titanyum - nikel alaşım teli kompozisyon ve üretim sürecinde yatmaktadır.
Titanyum - ni alaşım telinin "sentetik geni"
Titanyum - nikel alaşım teli, yakın - eşlik eden bir oranda (tipik olarak 1: 1) iki metalik eleman olan nikel (Ni) ve Titanyum (TI) 'dan yapay olarak sentezlenir. Bu kombinasyon doğal olarak değil, bilim adamları tarafından malzeme performans gereksinimlerine dayanarak dikkatle tasarlanmış bir "formül".
Eleman seçimi için gerekçe: Titanyumun hafif, yüksek mukavemeti ve korozyon direnci nikelin sünekliğini ve bellek etkisini tamamlar. İkisinin oranını ayarlayarak, alaşımın faz geçiş sıcaklığı hassas bir şekilde kontrol edilebilir (örn. 37 derecelik insan vücut sıcaklığı etrafında), tıbbi implantlarda - talep deformasyonunu mümkün kılar.
Sentez sürecinin karmaşıklığı: Yüksek - saflık titanyum süngerinin (%99.8'den daha büyük veya eşitlik) eritilmesinden ve elektrolitik nikel (%99.96'dan daha büyük veya%99.96'ya eşit) soğuk çizim işlemi sırasında sıcaklık ve hız kontrolünden, her adım standartlara sıkı sıkıya bağlı olmayı gerektirir.
Performans bireysel elemanlarınkini aşar: saf titanyum düşük sıcaklıklarda kırılgan hale gelirken, saf nikel şekil hafızasından yoksundur. Bununla birlikte, titanyum - nikel alaşım teli, sentez yoluyla bir atılım elde eder: "1 + 1> 2." Süperelastisitesi (kalıcı deformasyon olmadan% 8-% 10 suşuna dayanan) ve yorgunluk direnci (performans bozulması<5% after millions of cycles) far surpass those of either metal alone.
Titanyumun "Sentetik Avantajı" - Ni Alaşım Teli
Sentetik bir malzeme olarak, titanyum - nikel alaşım telinin performansı farklı senaryolar için özelleştirilebilir ve optimize edilebilir, bu da onu birden fazla alanda yeri doldurulamaz bir seçim haline getirebilir. Tıp alanında "Transformers"
Vasküler Stentler: Bir ağa dokunan nikel - titanyum teller düşük sıcaklıklarda sıkıştırılır ve bir katetere sokulur. Hastalıklı gemiye girdikten sonra, stenozu destekleyerek vücut sıcaklığına yanıt olarak otomatik olarak genişlerler. Süperelastisleri vasküler titreşime uyum sağlar ve restenozu azaltır.
Ortopedik implantlar: Nikel - Titanyum plakalar yüz kırıklarını onarmak için kullanılır. "Termal - mekanik" eğitim aracılığıyla, daha kolay implantasyon için ısıtıldıklarında bükülürler ve kemiği stabilize etmek için orijinal şekillerine geri döndüklerinde ikincil sörgal ayarlamalara olan ihtiyacı ortadan kaldırırlar.
Kılavuz Kuşlar ve Occular: 0.3 - 0.6 mm nikel-titanyum kılavuz kablolar, esneklikleri sayesinde karmaşık boşluklarda esnek bir şekilde gezebilir. Kardiyak tıkaçlar, kusurları tam olarak mühürlemek için şekil bellek özelliklerini kullanırlar.
Havacılık alanında bir "Isı - dirençli savaşçı"
Nitinol alaşımlı tel 1310 derecelik bir erime noktasına sahiptir ve şekil bellek etkisini -196 dereceden 350 dereceye kadar değişen sıcaklıklar içinde korur. Uçak motorlarında, yüksek sıcaklıklar ve basınçlar altında bile hassas bir uyum sağlayan ve yakıt sızıntılarını azaltan uyarlanabilir contalar oluşturmak için kullanılır. Akıllı cihaz alanında "duyusal antenler"
Nikel - titanyum alaşım telinin faz geçiş sıcaklığını manipüle ederek, sıcaklık sensörlerine veya aktüatörlere dönüştürülebilir. Örneğin, yangın söndürme robotlarında, nikel - titanyum teli dokunsal bir sensör görevi görür ve bir alarmı tetiklemek için yüksek sıcaklıklara maruz kaldığında otomatik olarak büzülür. Akıllı gözlüklerde, tapınakların otomatik açılmasını ve kapatılmasını sağlayan bir menteşe malzemesi olarak hizmet eder.
Sentetik malzemelerin çift - kenarlı kılıç
Titanyum - nikel alaşım telinin mükemmel performansına rağmen, sentetik doğası da iki temel zorluk sunuyor:
Biyogüvenlik tartışması: Nikel bir sınıf I kanserojendir. Bununla birlikte, yüzey oksidasyon tedavisi (yoğun bir tio₂ tabakası oluşturma) veya gadolinyum ve demir oksit gibi görüntüleme malzemeleri ile birleştirme, nikel iyon salınımını önemli ölçüde azaltabilir. Klinik veriler, tıbbi - sınıf nikel - titanyum alaşımının paslanmaz çelik nikelinin sadece 1/10'unu serbest bıraktığını ve çevredeki dokularda inflamatuar reaksiyonların insidansını serbest bıraktığını göstermektedir.
10 yıllık implantasyondan sonra%2'den azdır.
Yüksek İşleme Maliyetleri: Hammadde saflaştırılmasından lazer gravürüne kadar, ton tıbbi başına maliyet - sınıf nikel - titanyum alaşım teli sıradan çelikten 50 katın üzerindedir. Bununla birlikte, 3D baskı teknolojisinin piyasaya sürülmesiyle, karmaşık nikel - titanyum cihazların üretim verimliliği% 30 arttı ve maliyet% 40 azaldı ve büyük - ölçekli uygulamalarının yolunu açtı.
Sentetik materyallerin çekiciliği, "doğal optimal" olduğu algılanan düşünceye meydan okuma yeteneklerinde yatmaktadır. Titanyumun her deformasyonu ve geri kazanımı - nikel alaşım tel, ortak bir gerçeğe konuşur: bilimsel olarak sentezlenmiş malzemeler yoluyla, insanlar sadece fiziksel yaraları onaramaz, aynı zamanda yaşamın sınırlarını da genişletebilir. Bu belki de sentetik malzemelerin en hareketli önemidir - sadece araçlar değil, aynı zamanda insanlığın bilinmeyenleri keşfetmesini sağlayan "bellek alaşımları" da.
